反拱水垫塘底反缝隙流场三维数值模拟

摘要

本文是以溪洛渡水电站反拱水垫塘为研究背景，应用RNGκ-ε紊流数学模型，建立了水库-泄水表孔-水垫塘-底板缝隙的三维整体模型，采用VOF法处理自由水面。计算分析了七表孔泄洪工况下，对水舌冲击区上游壁射流区和水舌冲击区下游壁射流区以及不同盲缝位置时底板缝隙中的水流特性。
　　 经过计算，得出七表孔泄洪工况下，水舌冲击区上游壁射流区和冲击区下游壁射流区底板缝隙流态、缝隙流速场以及板块上下表面压强场。分析认为，在不同桩号处的底板位置，缝隙内紊动水流均源于入射水舌直接贯入纵缝，并且对于不同的缝宽，贯入缝隙内的水流流速分布有所不同，进而使缝隙压强场、流场分布以及底板上、下表面压强波动幅度有所不同。底板上下壁面的压差是产生上举力的主要因素，也是不同宽度缝隙所产生的上举力大小也有所区别的原因。
　　 本文也计算了不同方位盲缝时处于冲击区下游壁射流区底板缝隙流态、缝隙流速场、底板上下表面压强场以及底缝上下壁面压强场。分析认为，对于不同方位的盲缝，底板缝隙内的水流流态、水流流速场分布以及压强场分布都有区别。所以，盲缝的方位会影响到缝隙流场特性以及底板块所受上举力的大小。
　　 本文的研究成果具有一定的实际意义，可供高拱坝消能段，水垫塘底板设计、施工以及监测时参考。